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电熔锆刚玉的性质及其在耐火材料中的应用

2020-04-28浏览量:1229

信息导读:

   ZrO2是先进陶瓷材料家族中重要的一员,在许多工业领域有着广泛应用。作为耐火材料,ZrO2具有极其优异的性能,如熔点高、比热和导热系数高、化学稳定性好、高温蒸汽压低、不易被熔融金属润湿和溶解以及抗酸性物质的侵蚀能力强等,是钢铁连铸系统用理想的耐火材料。目前,ZrO2质耐火材料发展迅速,已成为耐火材料领域的重要材料之一。如盛钢桶渣线用锆英石砖或锆英石浇注料以及MgO-ZrSiO4浇注料;滑动水口孔用ZrO2内衬;水平连铸用ZrO2质定径水口;钢液过滤器用ZrO2或ZrO2-Al2O3、ZrO2-CaO、ZrO2-MgO等材质。此外,浸入式水口砖也由Al2O3-C质发展至Al2O3-ZrO2-C质。


电熔锆刚玉

  耐火材料中ZrO2的引入,通常有直接引入法和预合成含ZrO2熟料的间接引入法。由于ZrO2具有晶相转变并伴随体积变化,所以在生产引入ZrO2的耐火材料时,当ZrO2的加入量在比较小的范围内时,可采用直接加入法,熔铸制品不受这一范围的限制。预合成含ZrO2合成料的方法则适用于整个范围,采用烧结工艺或电熔工艺均可预合成ZrO2复合原料。

  1、电熔锆刚玉性质

  电熔锆刚玉是含氧化锆的重要耐火原料之一,它是在工业氧化铝或铝矾土中加入氧化锆(或脱硅锆)以及锆英砂于电弧炉中经熔融而制得的,电熔锆刚玉的主晶相为α-Al2O3,次晶相为斜锆石,并存在少量玻璃相,外观一般呈灰褐色。根据ZrO2的含量不同,电熔锆刚玉可分为低电熔锆刚玉(ZrO2约10%~15%),中电熔锆刚玉(ZrO2约25%)和高电熔锆刚玉(ZrO2约40%)。

锆刚玉砖

  高振昕等通过实验配制了Al2O3-ZrO2系含ZrO2的质量分数分别为25%,30%,35%,40%,45%和48%的6个组成的试样,并于电炉中将试样熔融后快速冷却。借助SEM-EDS研究了试样的显微结构,得到如下结论:1、在含ZrO2的质量分数为25%~40%的试样中可观察到初晶刚玉和细卵状共晶相组成;2、在含ZrO2的质量分数为45%~48%的试样中可观察到初晶ZrO2相和细卵状共晶显微结构;3、借助EDS测定了含ZrO2的质量分数为40%和45%两试样的共晶组成,其结果为含ZrO2的质量分数为43.3±0.4。依相平衡原理赋予了共晶(eutectic)的定义:均匀的、细腻的、无析晶先后次序的两相(多相)组成。并指出Al2O3-ZrO2系无化合物,其共晶为刚玉和斜锆石(m-ZrO2)两相组合。但实际上往往是m-ZrO2和t-ZrO2(或m-ZrO2和c-ZrO2)两相共存,即二元系三相共晶,只是在研究共晶组成时将m-;t-和c-3个相视为一个ZrO2相而已。该共晶结构的特征是:因刚玉晶面生长速度较快,常形成三方晶系自范性的基晶(外形),其中密布定向排列ZrO2微粒。

  2、电熔锆刚玉在耐火材料中的应用研究

  钟香崇院士曾对我国今后耐火材料发展方向进行了展望,指出应该利用我国丰富的资源研究开发出一系列有特色的优质合成料,包括均质料、改性料和转型料。例如,高铝矾土通过电熔工艺可除去大部分杂质(减法),再加入适量有益氧化物(如氧化锆)又可进一步改善性能(加法)。这样制成的优质电熔锆刚玉莫来石系列改性料成本较低,价格适宜,且以高铝矾土和锆英砂为原料制备的该系列矾土基电熔合成料的性能与同系列的氧化铝基合成料相当。


  陈方等通过研究质量分数分别为3%、6%、9%、12%的矾土基锆刚玉等量替代铝碳材料中的石墨对其常温物理性能、热态强度和抗氧化性的影响,并采用SEM分析烧成后试样的显微结构。得到了如下结论:随着矾土基锆刚玉加入量的增加,试样的显气孔率下降,体积密度增加,常温和高温抗折强度升高,抗氧化能力增强;矾土基锆刚玉的加入量超过6%,试样的抗热震性显着下降;矾土基锆刚玉取代碳的量不宜超过6%。

  随着我国优质品种钢需求量的增加,钢水在质和量上不断提出新要求。为适应此状况,采用惰性气体强制搅拌钢水以提高生产率和钢水洁净度。作为钢水二次精炼用主要设备的钢包,其内衬耐火材料的使用条件也日益苛刻。目前,国内外钢包用耐火材料普遍采用铝镁浇注料。但对热震稳定性要求极高的钢包吹气部位而言,则可通过添加锆刚玉来改善自结合铝镁浇注料的热震稳定性。

  在大中型钢包上,高纯Al2O3-MgO浇注料和Al2O3-尖晶石浇注料被广泛应用,但Al2O3-MgO浇注料容易出现裂纹,炉渣沿裂纹渗透到浇注料内部,加快了侵蚀,降低了包衬使用寿命。尽管ZrO2与Al2O3所形成的复合氧化物具有抗侵蚀性好、抗热震性好及强度高等优点,但由于纯ZrO2成本太高,限制了其推广应用。张艳利等利用新开发的矾土基电熔锆刚玉作细粉,研究了矾土基电熔锆刚玉对Al2O3-MgO钢包浇注料性能的影响,并得到如下结论:(1)矾土基电熔锆刚玉可以促进Al2O3-MgO浇注料的烧结,从而改善浇注料的常温物理性能;(2)矾土基电熔锆刚玉的引入对Al2O3-MgO浇注料的抗热震性影响不大;(3)矾土基电熔锆刚玉的引入对Al2O3-MgO浇注料的高温抗折强度和抗渣侵蚀性略有负面影响,这主要和矾土基电熔锆刚玉中的杂质在高温下生成液相有关。


来源:快资讯

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